摘要：設(shè)計(jì)一種新型節(jié)能型智能集成電力電容器，該電容器采用節(jié)能過零投切開關(guān)和智能網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、提高可靠性的功能。通過在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，達(dá)到了降低電網(wǎng)損耗、節(jié)能節(jié)材、小型化、降低維護(hù)成本的效果。

關(guān)鍵詞：集成；電容；過零投切

引言

解決好配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償問題，對(duì)網(wǎng)絡(luò)降損節(jié)能較為重要。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分地發(fā)揮供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、減輕電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率，有效地降低電能損失，減少用戶電費(fèi)。其社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益均非常顯著。因此，開發(fā)和推廣節(jié)能型的智能電力電容器對(duì)我國電力節(jié)能具有顯著的作用。

1 智能集成電力電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

節(jié)能型智能集成電力電容器，是在智能電器總體發(fā)展框架上開發(fā)出來的全新一代低壓無功補(bǔ)償裝置。它由智能測(cè)控模塊、晶閘管復(fù)合開關(guān)模塊、線路保護(hù)模塊及電力電容器等組成。智能集成電力電容器原理結(jié)構(gòu)如圖1所示?？商娲瓉碛芍悄芸刂破?/span>、熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的成套自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置。改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的機(jī)械式接觸器或機(jī)電一體化開關(guān)作為投切電容器的投切方式，改變了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，從而使新型低壓無功補(bǔ)償設(shè)備具有補(bǔ)償效果好、功耗低、體積小、節(jié)約成本多、使用靈活、維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

2 節(jié)能型智能集成電力電容器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1智能全自動(dòng)組合的控制模式 ,實(shí)現(xiàn)過零投切

智能集成電力電容的設(shè)計(jì)要點(diǎn)就在于采用了電子實(shí)時(shí)檢測(cè)信號(hào)反饋、無觸點(diǎn)光電觸發(fā)技術(shù)、晶閘管及磁保持繼電器復(fù)合開關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了等電壓投切，實(shí)現(xiàn)“過零投切”(投切涌流幾乎為零)，免除了諧波注入。其智能全自動(dòng)組合的控制模式，以無功功率、功率因數(shù)、無功電壓等多種參數(shù)作為控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了較佳的補(bǔ)償組合。由于每臺(tái)電容器都帶有智能網(wǎng)絡(luò)模塊，可以形成主、從自動(dòng)組合模式進(jìn)行投切，相當(dāng)于每臺(tái)電容器都能充當(dāng)控制器，實(shí)現(xiàn)了高可靠性。混合補(bǔ)償是補(bǔ)償效果較佳化的模式，智能集成電力電容器能夠簡(jiǎn)單和高可靠性地實(shí)現(xiàn)分相補(bǔ)償、混合補(bǔ)償?shù)葟?fù)雜的較佳效果的補(bǔ)償要求。由于智能集成化電力電容器具有目前國內(nèi)較好的“過零投切”功能，確保電容投切過程中無涌流沖擊、無操作過電壓、無電弧重燃，提高控制的快速性，同時(shí)延長(zhǎng)電容器的使用壽命。原傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置使用交流接觸器進(jìn)行投切，交流接觸器在分?jǐn)嚯娙萜鲿r(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高操作過電壓，是導(dǎo)致電容器損壞的重要因素。采用過零投切技術(shù)后，電容器的使用壽命延長(zhǎng)了2～3倍以上。由此帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益無法估量。通過圖2和圖3可以明顯地比較出過零投切與非過零投切對(duì)電容器壽命的影響。

2.2智能網(wǎng)絡(luò)采用分散控制模式，壽命周期成本成倍降低

智能集成電力電容器取消總控制器，采用分散控制模式，每組智能集成電力電容器都有控制單元。使多組電容器的自動(dòng)投切擺脫了全部依靠一個(gè)控制器的情況，杜絕因控制器故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)。另外，多臺(tái)智能集成電力電容器聯(lián)網(wǎng)使用時(shí)，會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中地址碼的一個(gè)為主機(jī)，其余為從機(jī)，構(gòu)成低壓無功自動(dòng)控制系統(tǒng)。如果個(gè)別從機(jī)出現(xiàn)故障，自動(dòng)退出，不影響其余工作；如果主機(jī)故障，也要退出，在其余從機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)新的主機(jī)，組成一個(gè)新的系統(tǒng)。容量相同的電容器按循環(huán)投切原則，容量不同的電容器按適補(bǔ)原則投切。并且具有485通訊接口，可以接入后臺(tái)計(jì)算機(jī)，進(jìn)行配電綜合管理。總之，該產(chǎn)品采用智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大大提高了運(yùn)行可靠性及電容的足量投入，延長(zhǎng)了補(bǔ)償裝置的壽命。采用相同容量的無功補(bǔ)償裝置，盡管智能集成電力電容器的價(jià)格比相同容量的傳統(tǒng)電容相近或要高些，但與整體的無功補(bǔ)償裝置相比及整個(gè)壽命周期相比，智能集成電容器的成本成倍降低。

2.3模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)容方便，維護(hù)簡(jiǎn)單

智能集成電力電容器實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，取代了傳統(tǒng)的控制器、空氣開關(guān)、交流接觸器、熱繼電器、電容器，將其合為一個(gè)整體，組屏安裝的時(shí)候采用積木堆積方式。多臺(tái)電容器組屏安裝，生產(chǎn)工時(shí)比傳統(tǒng)模式減少60%以上，同時(shí)減少80%連接線，減少80%的節(jié)點(diǎn)，柜內(nèi)簡(jiǎn)潔，使用現(xiàn)場(chǎng)快速組裝。產(chǎn)品體積小，接線簡(jiǎn)單，隨著用電用戶電力負(fù)荷的增加，可以隨時(shí)增加電容器的數(shù)量，改變了常規(guī)模式因接線復(fù)雜，一成不變的局限性，適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要，可以分期投資。產(chǎn)品本身高智能化，使用傻瓜化，安裝非常簡(jiǎn)單，較易維護(hù)。若發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品面板上故障指示燈亮，只要拆下電容器，換上新的，如同更換電池一樣方便。不需要專業(yè)電工可及時(shí)維修，補(bǔ)償效果大大提高，維護(hù)成本只有其他補(bǔ)償裝置的10%左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)補(bǔ)償裝置維護(hù)的人工成本為5元/ kvar，若更換成智成集成電力容器，全國每年可節(jié)約1615億元。

3 智能集成電力電容器的節(jié)能效果分析

常規(guī)補(bǔ)償裝置接通補(bǔ)償電路需要交流接觸器，交流接觸器觸點(diǎn)需要電磁線圈保持，每只交流接觸器(按 CJ19繼電器吸持容量計(jì)算) 需消耗15W，一般每一路可接通13kvar，相當(dāng)于近1kvar電容補(bǔ)償在開關(guān)上就要消耗1W多的電能。而智能集成電力電容器采用了磁保持繼電器，磁保持繼電器內(nèi)，銜鐵由永磁體吸持，電路接通后，不再消耗電能。因此，采用智能集成電力電容器后，電容接通后每kvar就比傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置減少損耗1W多。另外智能集成電力電容器體積比其他自動(dòng)補(bǔ)償裝置縮小50%左右，因此減少了大量的導(dǎo)線、接點(diǎn)、器件等電能損耗，可降低此類損耗50%左右。

目前我國在用的配電變壓器近500萬臺(tái)(數(shù)據(jù)來自中國國家電力監(jiān)管委員會(huì))，平均容量為200kVA，總?cè)萘拷?0億kVA，無功補(bǔ)償按配電變壓器平均的1/3計(jì)算，現(xiàn)有配電變壓器需無功補(bǔ)償容量，3.3億 kvar。如果將現(xiàn)有傳統(tǒng)配電變壓器無功補(bǔ)償裝置換成智能集成電力電容器，按1kvar省1W算(還不計(jì)減少導(dǎo)線、接點(diǎn)的電損)，則一年可節(jié)電28.91億kWh，超過秦山核電站設(shè)計(jì)年發(fā)電量17億kWh；可減少煤耗109.86 萬t，減少氣體CO2排放量285.64萬t ，相當(dāng)于增加凈化空氣的森林面積7616.94km2；可減少氣體SO2排放量517萬t，氣體NO2排放量3.36萬t ，大量節(jié)約煤炭資源，減少環(huán)境污染。近來全國電力負(fù)荷年增長(zhǎng)10%以上，配電變壓器年增長(zhǎng)容量為1億kVA，相當(dāng)于每年新增約37萬臺(tái)315kVA變壓器。則低壓電力電容器每年新增3333萬kvar，可節(jié)電近3億kWh。

4 安科瑞智能電力電容器產(chǎn)品介紹

AZC／AZCL系列智能電容器通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動(dòng)尋找較佳投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無弧通斷；保證過零投切，無涌流、觸點(diǎn)不燒結(jié)、微能耗、無諧波；同時(shí)具有抗干擾、防雷擊和電源缺相、空載跳閘的保護(hù)功能，特別適用于無功補(bǔ)償時(shí)切換電容器，不需加裝散熱器。

該系列智能電容器采用LCD液晶顯示器，可實(shí)時(shí)顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等電參量。

（1）AZC系列智能電容器采用晶閘管復(fù)合開關(guān)投切，較佳投切點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無弧通斷；完善的保護(hù)功能，集成在一個(gè)模塊內(nèi)，安裝方便。

AZC系列智能電容器選型：

（2）AZCL是在AZC基礎(chǔ)上，串接合適電抗率（7%適用于5/7次以上諧波環(huán)境，14%適用于3/5/7次以上諧波環(huán)境）的電抗，可有效解決諧波，避免諧振放大諧波，保護(hù)電容柜本身壽命。

AZCL系列智能電容器選型：

5 結(jié)語

智能集成電力電容器實(shí)現(xiàn)過零投切，采用全自動(dòng)組合控制模式，提高了可靠性，達(dá)到每kvar比傳統(tǒng)補(bǔ)償裝置節(jié)省1W的節(jié)能效果，且具有小型化、性能*、成本低等優(yōu)勢(shì)，是無功補(bǔ)償?shù)睦硐朐O(shè)備。 

【參考文獻(xiàn)】

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• 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6版
• 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè).2019.11版